JP5917925B2 - 液滴形成装置および液滴形成方法 - Google Patents
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Description
液体材料を滴状にして吐出する装置および方法に関し、より具体的には、例えば、弁座に弁体を衝突させて先端から液体材料を切り離し滴状に飛翔吐出させる装置および方法に関する。
液体材料を滴状にして吐出する装置の一つに、弁座に弁体を衝突させて吐出口先端から液体材料を切り離し飛翔吐出させる装置が知られている。この装置において弁体を駆動する方式には種々のものがある。
例えば、特許文献１のように、エアの圧力により弁体を上昇させ、スプリングの反発力により弁体を下降させる方式がある。特許文献１は、弁体に取り付けられたピストンが駆動室内に摺動自在に装着されており、ピストン上方にはスプリング（圧縮コイルばね）が配設される一方、ピストン下方には空気室が形成され、切換弁を介して圧縮空気源に接続されている。駆動室の下部には、弁体が挿通する貫通孔を有する壁を隔てて吐出室が設けられており、弁体が移動自在に設けられ、吐出室下面には吐出口を備える。また吐出室には、調圧された液体材料が貯留容器より供給される。切換弁を作動させて空気室へ圧縮空気を供給すると、スプリングを縮めながらピストンが上昇し、弁体によって閉じられていた吐出口が開く。液体材料は圧力がかけられた状態であるので、吐出口が開くと先端より外へ排出される。そして、切換弁を作動解除させて空気室へ供給した圧縮空気を大気中へ放出すると、縮められたスプリングの反発力により弁体が下降して吐出口上部の弁座に相当する部分に当接し、吐出口を閉じて急速に停止する。これにより、吐出口先端から排出された液体材料は液滴となって吐出されるようになっている。
また例えば、特許文献２のように、電気ソレノイドにより弁体を上昇させ、（別の）電気ソレノイドにより弁体を下降させる方式もある。特許文献２は、接着剤を排出するノズルを有する主容器部内に噴射用部材が設けられ、噴射用部材を駆動する二つの電気ソレノイドが主容器の上方にて噴射用部材と同心軸上に配置されている。また、二つの電気ソレノイドうち上方にある第二の電気ソレノイドの芯棒につば部が形成され、噴射用部材を排出禁止位置側へ常時付勢するスプリングを係合させている。第一の電気ソレノイドを作動させると、噴射用部材が排出禁止位置から排出可能位置へと移動する。接着剤は圧縮空気により加圧されているので、ノズルから接着剤が排出されて、ノズル先端に接着剤溜まりが形成される。そして、第二の電気ソレノイドを作動させると、スプリングの付勢力を加えて、噴射用部材が排出可能位置から排出禁止位置へと移動し、噴射用部材の下端部が主容器底面に当接して、ノズル先端に形成された接着剤溜まりが噴射されるようになっている。
一般に、スプリング（圧縮コイルばね）は縮めた状態から自然な状態まで伸びていく過程で反発力が次第に弱くなる。特許文献１のようなエア・スプリング方式の装置では、弁体（プランジャロッド）下降時の動き終わりにこの反発力が弱い状態になり、弁体が弁座を閉じる力が弱くなってしまうことがあった。特に、高粘度の液体材料の場合、この方式では弁体が弁座を閉じるのに十分な力が得られず、液体材料が吐出口先端から切り離されず吐出されないことがあった。これを改善しようと、力を強くするためにスプリングを強いものにすると、スプリング自体の径や長さに加え、スプリングを圧縮するのに必要な空気の流量が増すために、ピストン径やピストン駆動用切換弁が大きくなり、装置が大型化してしまうおそれがあった。
そこで本発明は、装置を大型化させることなく、弁体（プランジャロッド）に一定の強い進出力を与えることができ、しかも弁体の後退動作時間に影響を与えることのない液滴形成装置および方法を提供することを目的とする。
発明者は、スプリングにより弁体（プランジャロッド）に与えられる付勢力が、進出動作の終了時に近づくのに伴い弱まるという課題を解決すべく、磁界発生機構を併用することの知見を得、本発明を創作した。すなわち、本発明は、以下の技術手段から構成される。
第１の発明は、ノズルと連通し、液体材料が供給される液室と、先端部が液室内を進退動するプランジャロッドと、プランジャロッドに付勢力を与えるスプリングと、プランジャロッドを後退させるよう作用する加圧気体が供給される加圧室と、加圧室に加圧気体を供給する加圧源と、コントローラと、を備え、ノズルから液滴を飛翔吐出する液滴形成装置において、プランジャロッドが最進出位置に近づいた際に、進出方向への吸引力を作用させる磁界発生機構を有することを特徴とする液滴形成装置である。
第２の発明は、第１の発明において、前記磁界発生機構が、プランジャロッドに設けられた磁性部材と、磁性部材と対向して設けられたソレノイドとから構成され、前記コントローラが、プランジャロッドの進出動作時に、ソレノイドに通電し磁界を発生させることを特徴とする。
第３の発明は、第２の発明において、前記コントローラが、プランジャロッドの進出動作開始時からプランジャロッドの進出動作停止時までを含む時間帯に、ソレノイドへの通電を行うことを特徴とする。
第４の発明は、第２または３の発明において、前記ソレノイドが、前記磁性部材が進入することによりガイドとして作用する凹部を有することを特徴とする。
第５の発明は、第２ないし４のいずれかの発明において、前記磁性部材または前記ソレノイドの固定位置を調整する調整機構を備え、前記磁性部材と前記ソレノイドが当接することにより、前記プランジャロッドの最進出位置を規定することを特徴とする。
第６の発明は、第１ないし５のいずれかの発明において、前記加圧室に流入する加圧気体の流量および前記加圧室から流出する加圧気体の流量を制御する切換弁を備えることを特徴とする。
第２の発明は、第１の発明において、前記磁界発生機構が、プランジャロッドに設けられた磁性部材と、磁性部材と対向して設けられたソレノイドとから構成され、前記コントローラが、プランジャロッドの進出動作時に、ソレノイドに通電し磁界を発生させることを特徴とする。
第３の発明は、第２の発明において、前記コントローラが、プランジャロッドの進出動作開始時からプランジャロッドの進出動作停止時までを含む時間帯に、ソレノイドへの通電を行うことを特徴とする。
第４の発明は、第２または３の発明において、前記ソレノイドが、前記磁性部材が進入することによりガイドとして作用する凹部を有することを特徴とする。
第５の発明は、第２ないし４のいずれかの発明において、前記磁性部材または前記ソレノイドの固定位置を調整する調整機構を備え、前記磁性部材と前記ソレノイドが当接することにより、前記プランジャロッドの最進出位置を規定することを特徴とする。
第６の発明は、第１ないし５のいずれかの発明において、前記加圧室に流入する加圧気体の流量および前記加圧室から流出する加圧気体の流量を制御する切換弁を備えることを特徴とする。
第７の発明は、ノズルと連通し、液体材料が供給される液室と、先端部が液室内を進退動するプランジャロッドと、プランジャロッドに付勢力を与えるスプリングと、プランジャロッドを後退させるよう作用する加圧気体が供給される加圧室と、加圧室に加圧気体を供給する加圧源と、コントローラと、を備え、ノズルから液滴を飛翔吐出する液滴形成装置を用いた液滴形成方法において、プランジャロッドが最進出位置に近づいた際に、進出方向への吸引力を作用させる磁界発生機構を設け、加圧気体を加圧室に流入させることによりプランジャロッドを後退させ、液室に液体材料を流入させる充填工程、加圧室内の加圧気体を開放することによりプランジャロッドを進出させると共に、磁界発生機構によりプランジャロッドに進出方向への吸引力を作用させ、液室内の液体材料を吐出する吐出工程、を有することを特徴とする液滴形成方法である。
第８の発明は、第７の発明において、前記磁界発生機構が、プランジャロッドに設けられた磁性部材と、磁性部材と対向して設けられたソレノイドとから構成され、前記吐出工程において、前記コントローラが、プランジャロッドの進出動作時に、ソレノイドに通電し磁界を発生させることを特徴とする。
第９の発明は、第８の発明において、前記コントローラが、プランジャロッドの進出動作開始時からプランジャロッドの進出動作停止時までを含む時間帯に、ソレノイドへの通電を行うことを特徴とする。
第１０の発明は、第８または９の発明において、前記ソレノイドが、前記磁性部材が進入することによりガイドとして作用する凹部を有し、前記吐出工程において、前記磁性部材が前記ソレノイドに進入しガイド作用を受けることを特徴とする。
第１１の発明は、第８ないし１０のいずれかの発明において、前記磁性部材または前記ソレノイドの固定位置を調整する調整機構を設け、前記吐出工程において、前記磁性部材と前記ソレノイドが当接することにより、前記プランジャロッドの最進出位置を規定することを特徴とする。
第１２の発明は、第７ないし１１のいずれかの発明において、前記加圧室に流入する加圧気体の流量および前記加圧室から流出する加圧気体の流量を制御する切換弁を設け、前記充填工程において、前記切換弁を加圧室に加圧気体を流入する第１の位置とし、前記吐出工程において、前記切換弁を加圧室から加圧気体を流出する第２の位置とすることを特徴とする。
第８の発明は、第７の発明において、前記磁界発生機構が、プランジャロッドに設けられた磁性部材と、磁性部材と対向して設けられたソレノイドとから構成され、前記吐出工程において、前記コントローラが、プランジャロッドの進出動作時に、ソレノイドに通電し磁界を発生させることを特徴とする。
第９の発明は、第８の発明において、前記コントローラが、プランジャロッドの進出動作開始時からプランジャロッドの進出動作停止時までを含む時間帯に、ソレノイドへの通電を行うことを特徴とする。
第１０の発明は、第８または９の発明において、前記ソレノイドが、前記磁性部材が進入することによりガイドとして作用する凹部を有し、前記吐出工程において、前記磁性部材が前記ソレノイドに進入しガイド作用を受けることを特徴とする。
第１１の発明は、第８ないし１０のいずれかの発明において、前記磁性部材または前記ソレノイドの固定位置を調整する調整機構を設け、前記吐出工程において、前記磁性部材と前記ソレノイドが当接することにより、前記プランジャロッドの最進出位置を規定することを特徴とする。
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本発明によれば、従来技術と比較して次のような有利な効果がある。
第一に、スプリングによる付勢力と磁界発生機構の推進力を併用することで、弁体（プランジャロッド）に短時間で強い進出力を作用させることができる。これにより、装置を大型化させることなく、液体材料の滴を精密に制御することが可能となる。また、従来は滴状吐出が困難であった高粘度の液体材料についても飛翔吐出が可能となる。
第一に、スプリングによる付勢力と磁界発生機構の推進力を併用することで、弁体（プランジャロッド）に短時間で強い進出力を作用させることができる。これにより、装置を大型化させることなく、液体材料の滴を精密に制御することが可能となる。また、従来は滴状吐出が困難であった高粘度の液体材料についても飛翔吐出が可能となる。
第二に、弁体（プランジャロッド）の付勢力を強化することに伴いスプリングの圧縮特性が変化しないので、弁体の進出時間が短縮される分、タクトタイムを短縮することできる。
第三に、従来のエア・スプリング方式の装置を改良することで簡単に、弁体（プランジャロッド）の進出力の強化を実現することが可能となる。
以下に、本発明を実施するための形態の一例を説明する。なお以下では、説明の都合上、液滴の吐出方向を「下」、その反対方向を「上」とよび、動作に関し、上方向への移動を「上昇」、下方向への移動を「下降」とよぶ。
［装置］
図１および２に本発明に係る液滴形成装置の概略図を示す。図１は、弁体が上昇しているときを説明する図で、図２は、弁体が下降しているときを説明する図である。
本発明に係る液滴形成装置１は、弁体（プランジャロッド）６を上下方向に駆動させるための駆動室等が設けられた本体２と、本体２内に配設されたプランジャロッド６と、駆動されたプランジャロッド６の作用により液体材料３７を吐出する吐出部３とを主要な構成要素とする。
図１および２に本発明に係る液滴形成装置の概略図を示す。図１は、弁体が上昇しているときを説明する図で、図２は、弁体が下降しているときを説明する図である。
本発明に係る液滴形成装置１は、弁体（プランジャロッド）６を上下方向に駆動させるための駆動室等が設けられた本体２と、本体２内に配設されたプランジャロッド６と、駆動されたプランジャロッド６の作用により液体材料３７を吐出する吐出部３とを主要な構成要素とする。
本体２に設けられた駆動室は、上昇駆動のための第一駆動室４と、下降駆動のための第二駆動室５とから構成される。
第一駆動室４は、その内部にプランジャロッド６に固設されたピストン７が上下方向に摺動自在に配設された空間であり、ピストン７により分断されたバネ室９および空気室１１を有する。ピストン７の上側にはプランジャロッド６を下降駆動させるためのスプリング８を収容するバネ室９が形成され、ピストン７の下側にはプランジャロッド６を上昇駆動させるための圧縮空気１０を流入させる空気室（加圧室）１１が形成されている。上記スプリング８には圧縮コイルばねを用いている。また、バネ室９上部にはプランジャロッド６の移動を規制し、移動距離であるストロークを調整するためのストローク調整ネジ１２が設けられている。プランジャロッド６のストロークの調整は、調整ネジ１２の外部に露出しているつまみ部１３を回し、調整ネジの先端１４を上下方向に移動させて、プランジャロッド６上端と衝突するまでの距離を変えることで行う。
第一駆動室４は、その内部にプランジャロッド６に固設されたピストン７が上下方向に摺動自在に配設された空間であり、ピストン７により分断されたバネ室９および空気室１１を有する。ピストン７の上側にはプランジャロッド６を下降駆動させるためのスプリング８を収容するバネ室９が形成され、ピストン７の下側にはプランジャロッド６を上昇駆動させるための圧縮空気１０を流入させる空気室（加圧室）１１が形成されている。上記スプリング８には圧縮コイルばねを用いている。また、バネ室９上部にはプランジャロッド６の移動を規制し、移動距離であるストロークを調整するためのストローク調整ネジ１２が設けられている。プランジャロッド６のストロークの調整は、調整ネジ１２の外部に露出しているつまみ部１３を回し、調整ネジの先端１４を上下方向に移動させて、プランジャロッド６上端と衝突するまでの距離を変えることで行う。
空気室１１へ流入させる圧縮空気１０は、圧縮空気源（加圧源）１５から切換弁１６を介して第一駆動室４の空気流入口１７より流入させる。この切換弁１６は、電磁弁や高速応答弁などからなり、後述するディスペンスコントローラ４５にて開閉制御がされる。圧縮空気源１５と切換弁１６との間には圧力調整のためのレギュレータ１８が設けられている。ピストン７側面にはシール部材１９が、空気室１１下部のプランジャロッド６が貫通する部分にはシール部材２０が設けられており、空気室１１に流入した圧縮空気１０の漏出を防いでいる。
第二駆動室５は、プランジャロッド６が上下方向にわたって貫設された空間である。第二駆動室５の下部にはプランジャロッド６が貫通する孔２８を有するソレノイド２１が固設されている。このソレノイド２１には、磁性材料からなるコア部材２２が嵌るような凹部２３が上面に形成されており、コア部材２２と協働してプランジャロッド６に進出方向への吸引力を作用させる磁界発生機構として機能する。また、凹部２３がコア部材２２およびプランジャロッド６に対するガイドとして働き、中心軸のブレを小さくし、プランジャロッド６が真っ直ぐにバルブシート３１へ当接することを確実にする。なお、プランジャロッド６は、非磁性材料で作製する。
コア部材２２は、ソレノイド２１が磁化した際に引きつけられる例えば鋳鋼、構造用炭素鋼などからなる磁性部材であり、プランジャロッド６に取り付けられている。コア部材２２には、上端にツバ状部２４が形成されているが、本実施の形態では、プランジャロッドの先端３４が弁座（バルブシート）３１に先に当接するので、ツバ状部２４とソレノイド上面２５、並びにコア部材下面２６とソレノイド凹部底面２７が接触しない。すなわち、ツバ状部２４とソレノイド上面２５の間には僅かな隙間が存在する。
別の実施形態として、ツバ状部２４がソレノイド上面２５と接触し、および／または、コア部材下面２６とソレノイド凹部底面２７が接触し、設定ストローク以上にプランジャロッド６が下降することを防ぐ役割を果たすようにしてもよい。この形態では、ロッド先端３４がバルブシート３１に当接しない状態で吐出が行われる。
別の実施形態として、ツバ状部２４がソレノイド上面２５と接触し、および／または、コア部材下面２６とソレノイド凹部底面２７が接触し、設定ストローク以上にプランジャロッド６が下降することを防ぐ役割を果たすようにしてもよい。この形態では、ロッド先端３４がバルブシート３１に当接しない状態で吐出が行われる。
吐出部３は、プランジャロッド６が内部を昇降動可能な液室２９を有している。吐出部３の上部にはプランジャロッド６が貫通する孔３０が設けられ、下方に突出した円柱状の下部には弁座であるバルブシート３１と液体材料３７を吐出するノズル３２が取り付けられている。バルブシート３１には液室２９とノズル３２とを連通する連通孔３５が中央を貫通して設けられている。また、バルブシート３１上面にはすり鉢状の面３３が形成されており、この面にロッド先端３４が当接して上記連通孔３５を開閉することによって液体材料３７がノズル３２を通じて吐出される。ノズル３２には、バルブシート３１の連通孔３５と連通する管状部材３６が貫設しており、液室２９からバルブシート連通孔３５を通って流れてきた液体材料３７が、この管状部材３６の内部を通って外部に吐出される。上記バルブシート３１とノズル３２は、キャップ状部材３８により液室２９下端に着脱自在に固定されており、交換が容易になっている。液室２９の側面には、貯留容器３９に貯えられた液体材料３７の供給を受けるための導入路４０が設けられ、その一端は液室２９と連通し、他端は内部に連通流路４１を有する延設部材４２を介して貯留容器３９と接続されている。貯留容器３９は、圧縮気体源４３から圧縮気体の供給を受けており、後述するディスペンスコントローラ４５でその圧力を調整することができる。液室２９上部のプランジャロッド６が貫通する孔には液体材料３７が第二駆動室５側へ漏出しないようシール部材４４が設けられている。
上記した切換弁１６やソレノイド２１のＯＮ／ＯＦＦ、圧縮気体源４３の圧力などを管理、制御するディスペンスコントローラ４５が、上記各機器等と信号線（４６、４７）、気体配管（４８、４９）で接続されて、液滴形成装置１とは別体に設けられている。
上記で説明した本発明の構成は、従来のエア・スプリング方式の装置を改良することで簡単に実現することが可能である。具体的には、スプリング等を変えることなく、プランジャロッドに推進力を与える磁界発生機構（ソレノイド）を追加するのみで適用できる。そのため、低コストで改良を行うことができ、しかも装置が大型化することがない。
［動作］
次に、本発明に係る液滴形成装置の動作について、従来装置の動作と比較しながら説明する。まず、（１）、（２）で従来装置の動作について説明し、続いて（３）で本発明の動作を説明する。なお、以下で説明する各図において、横軸は時間（ｔ）を表し、縦軸は、信号の場合は電圧（Ｖ）、弁体先端の場合は弁座からの位置（Ｓｔ）を表す。
次に、本発明に係る液滴形成装置の動作について、従来装置の動作と比較しながら説明する。まず、（１）、（２）で従来装置の動作について説明し、続いて（３）で本発明の動作を説明する。なお、以下で説明する各図において、横軸は時間（ｔ）を表し、縦軸は、信号の場合は電圧（Ｖ）、弁体先端の場合は弁座からの位置（Ｓｔ）を表す。
（１）従来のエア・スプリング方式
図６は、従来のエア・スプリング方式装置（特許文献１など）の動作タイミングと弁体先端位置との関係を表した線図で、（ａ）は切換弁への信号、（ｂ）は弁体先端の位置をそれぞれ表す。
従来のエア・スプリング方式の装置は、切換弁へ動作開始信号が送信されると（ＯＮになると）、弁が切り換わって圧縮空気が空気室へ流入し、スプリングを圧縮しながら、ピストンを持ち上げ（後退させ）、それに伴いプランジャロッド６が吐出口を開放する（符号５０）。スプリングは縮まるほど大きな力が必要となるため、符号５０のように、後退動作終わり付近でストローク変化が緩やかになる曲線となっている。設定時間経過後（符号５１）、切換弁への動作信号が切られると（ＯＦＦになると）、弁が切り換わって空気室内の圧縮空気を大気中へ放出し始め、スプリングの反発力によってピストンが下がり、そしてプランジャロッド６が吐出口を閉鎖する（符号５２）。このように閉鎖することで液体材料が滴状になって吐出される。ピストン下降時（進出時）において、符号５２のような曲線となっているのは、ピストンが下降し始めたときはスプリングの反発力が強く、下降速度も速いが、下降し終わる頃にはスプリングが伸びてきて反発力が弱く、下降速度も遅くなってきているためである。以上が、従来のエア・スプリング方式による一回の吐出における一連の動作の流れである。
なお、より強い付勢力を得るためにスプリングを強化した場合には、符号５０の曲線はより緩やかなものとなる。
図６は、従来のエア・スプリング方式装置（特許文献１など）の動作タイミングと弁体先端位置との関係を表した線図で、（ａ）は切換弁への信号、（ｂ）は弁体先端の位置をそれぞれ表す。
従来のエア・スプリング方式の装置は、切換弁へ動作開始信号が送信されると（ＯＮになると）、弁が切り換わって圧縮空気が空気室へ流入し、スプリングを圧縮しながら、ピストンを持ち上げ（後退させ）、それに伴いプランジャロッド６が吐出口を開放する（符号５０）。スプリングは縮まるほど大きな力が必要となるため、符号５０のように、後退動作終わり付近でストローク変化が緩やかになる曲線となっている。設定時間経過後（符号５１）、切換弁への動作信号が切られると（ＯＦＦになると）、弁が切り換わって空気室内の圧縮空気を大気中へ放出し始め、スプリングの反発力によってピストンが下がり、そしてプランジャロッド６が吐出口を閉鎖する（符号５２）。このように閉鎖することで液体材料が滴状になって吐出される。ピストン下降時（進出時）において、符号５２のような曲線となっているのは、ピストンが下降し始めたときはスプリングの反発力が強く、下降速度も速いが、下降し終わる頃にはスプリングが伸びてきて反発力が弱く、下降速度も遅くなってきているためである。以上が、従来のエア・スプリング方式による一回の吐出における一連の動作の流れである。
なお、より強い付勢力を得るためにスプリングを強化した場合には、符号５０の曲線はより緩やかなものとなる。
（２）従来のソレノイド方式
次いで、図７は、ＤＣソレノイドを用いた従来の液滴形成装置の動作タイミングと弁体先端位置との関係を表した線図で、（ａ）は第一のソレノイドへの信号、（ｂ）は第二のソレノイドへの信号、（ｃ）は弁体先端の位置をそれぞれ表す。
従来のソレノイド方式の装置は、第一のソレノイドへ動作開始信号が送信されると（ＯＮになると）、ソレノイドが磁化されて芯棒を移動させ、それに伴い噴射用部材がノズルを開放する（符号５３）。設定時間経過後（符号５４）、第一のソレノイドへの動作信号が切られ（ＯＦＦになり）、第二のソレノイドへ動作開始信号が送信されると（ＯＮになると）、第二のソレノイドが芯棒を移動させ、そして噴射用部材がノズルを閉鎖する（符号５５）。このように閉鎖することで液体材料（例えば、接着剤）が滴状になって吐出される。以上が、従来のソレノイド方式による一回の吐出における一連の動作の流れである。
次いで、図７は、ＤＣソレノイドを用いた従来の液滴形成装置の動作タイミングと弁体先端位置との関係を表した線図で、（ａ）は第一のソレノイドへの信号、（ｂ）は第二のソレノイドへの信号、（ｃ）は弁体先端の位置をそれぞれ表す。
従来のソレノイド方式の装置は、第一のソレノイドへ動作開始信号が送信されると（ＯＮになると）、ソレノイドが磁化されて芯棒を移動させ、それに伴い噴射用部材がノズルを開放する（符号５３）。設定時間経過後（符号５４）、第一のソレノイドへの動作信号が切られ（ＯＦＦになり）、第二のソレノイドへ動作開始信号が送信されると（ＯＮになると）、第二のソレノイドが芯棒を移動させ、そして噴射用部材がノズルを閉鎖する（符号５５）。このように閉鎖することで液体材料（例えば、接着剤）が滴状になって吐出される。以上が、従来のソレノイド方式による一回の吐出における一連の動作の流れである。
（３）本発明の方式
上記二つの従来方式装置の説明を踏まえ、本発明に係る液滴形成装置の動作について説明する。図３は、本発明に係る液滴形成装置の動作タイミングと弁体先端の位置を示した線図であり、（ａ）は切換弁への信号、（ｂ）はソレノイドへの信号、（ｃ）は弁体先端の位置をそれぞれ表す。
まず、空気室１１へ圧縮空気１０を流入し、プランジャロッド６を後退させる。より詳細には、切換弁１６へ動作開始信号が送信されると（ＯＮになると）、弁が切り換わって圧縮空気１０が空気室１１へ流入し、スプリング８を圧縮しながら、ピストン７を持ち上げ、それに伴いプランジャロッド６がバルブシート連通孔３５とそれに通ずるノズル３２を開放する（符号５６、併せて図１も参照）。この際、ソレノイド２１への電力供給は停止されており、コア部材２２に吸引力（吸着力）は作用していない。
上記二つの従来方式装置の説明を踏まえ、本発明に係る液滴形成装置の動作について説明する。図３は、本発明に係る液滴形成装置の動作タイミングと弁体先端の位置を示した線図であり、（ａ）は切換弁への信号、（ｂ）はソレノイドへの信号、（ｃ）は弁体先端の位置をそれぞれ表す。
まず、空気室１１へ圧縮空気１０を流入し、プランジャロッド６を後退させる。より詳細には、切換弁１６へ動作開始信号が送信されると（ＯＮになると）、弁が切り換わって圧縮空気１０が空気室１１へ流入し、スプリング８を圧縮しながら、ピストン７を持ち上げ、それに伴いプランジャロッド６がバルブシート連通孔３５とそれに通ずるノズル３２を開放する（符号５６、併せて図１も参照）。この際、ソレノイド２１への電力供給は停止されており、コア部材２２に吸引力（吸着力）は作用していない。
設定時間経過後（符号５７）、プランジャロッド６を進出させる。より詳細には、切換弁１６への動作信号が切られ（ＯＦＦになり）、ソレノイド２１へ動作開始信号が送信されると（ＯＮになると）、弁が切り換わって空気室１１内の圧縮空気１０を大気中に放出し始め、スプリング８の反発力によってピストン７が下がり始める。ここで、ピストン７が下降するに従い、スプリング８による力は弱まってくるが、これとは逆にソレノイド２１による吸引力は強くなる。すなわち、磁性体と磁石の隙間が小さくなるほど引きつける力が強くなる性質から、磁化されたソレノイド２１によってプランジャロッド６に取り付けられたコア部材２２が引き寄せられる力は強くなるので、プランジャロッド下降時の動き始めから動き終わりまで推進力を減衰させることなく作用させることができる。そしてプランジャロッド６がバルブシート３１に当接してノズル３２を閉鎖する（符号５８、併せて図２も参照）。このようにプランジャロッド６に安定した推進力を作用させて連通孔３５を閉鎖することで、吐出時に形成される液体材料３７の滴を精密に制御することが可能となる。以上が、本発明の方式による一回の吐出における一連の動作の流れである。
本発明では、スプリング自体は強化することなく圧縮空気１０の力のみでピストン７を持ち上げるので、短時間でプランジャロッド６を上昇させることができる（符号５９）。一方、プランジャロッド６の下降時において、始めはスプリング８の強い反発力により、急峻な立ち上がり時間で強い推進力を得ることができる（符号６０）。その後、下降動作の終わりに近づくと、ソレノイド２１の引力が強くなるので、スプリング８の力に足し合わされる形となり、図６符号５２のようなスプリングのみの力によるよりも強く速くバルブシート３１に当接し、液体材料を吐出する（符号６１、６２）。
以上のことから、本発明によれば、担う弁体の下降動作において、スプリングの力とソレノイドの力をタイミングよく用いることにより、短い時間で強い力を弁体に作用させることができる。これにより、高粘度から低粘度まで様々な液体材料について、精密に制御された滴を形成して飛翔吐出させることができる。
また、弁体の上昇動作において、スプリング自体は強化することなく圧縮空気１０の力のみでピストン７を持ち上げるので、短時間で弁体を上昇させることができ、連続吐出時のタクトタイム短縮につながる。本発明は、連続高速吐出（例えば１秒間に１００ショット以上）に好適である。
また、弁体の上昇動作において、スプリング自体は強化することなく圧縮空気１０の力のみでピストン７を持ち上げるので、短時間で弁体を上昇させることができ、連続吐出時のタクトタイム短縮につながる。本発明は、連続高速吐出（例えば１秒間に１００ショット以上）に好適である。
以下では、本発明の詳細を実施例により説明するが、本発明は何ら実施例により限定されるものではない。
［塗布装置］
本発明に係る液滴形成装置１を駆動機構６４へと搭載して塗布装置６３を構成することができる。図４にその一例を示す。
本発明に係る液滴形成装置１を駆動機構６４へと搭載して塗布装置６３を構成することができる。図４にその一例を示す。
駆動機構６４は、符号６８方向へ移動可能とするＸ駆動機構６５、符号６９方向へ移動可能とするＹ駆動機構６６、符号７０方向へ移動可能とするＺ駆動機構６７とから構成され、これらの動作を制御するロボットコントローラ７１を筐体内部に備える。このロボットコントローラ７１は、ディスペンスコントローラ４５とケーブル７２で接続され、ディスペンスコントローラ４５への動作信号の発信も行う。また、ＸＹＺ移動動作や吐出動作タイミングなどをルーチン化した塗布プログラムを記憶する記憶装置を内部に有する。液滴形成装置１はＺ駆動機構６７に設ける保持部７３に支持されており、Ｚ駆動機構６７はＸ駆動機構６５上に設けられる。Ｙ駆動機構６６には、塗布対象物７４を載置、固定するワークテーブル７５を設ける。これにより、液滴形成装置１のノズル３２を塗布対象物７４に対してＸＹＺ方向（６８、６９、７０）に相対移動させることができる。液滴形成装置１は、図１、２に記載のとおりの構成のものであるので、ここでは説明を割愛する。
液滴形成装置１は、切換弁１６やソレノイド２１のＯＮ／ＯＦＦ、圧縮気体源４３の圧力などを管理、制御する別体に設けられたディスペンスコントローラ４５と接続される。なお、図を見易くするため液滴形成装置１とコントローラ４５との接続に関して、符号４６、４７（信号線）、４８（気体配管）の波線から先は省略してある。信号線、気体配管等の接続の詳細は、図１、２について説明したとおりであるので、ここでは説明を割愛する。また、切換弁１６は図示しない圧縮空気源１５とレギュレータ１８を介して接続される。
記塗布装置６３の基本的な操作手順を説明する。
まず、準備として、（１）液滴形成装置１をＺ駆動機構６７の保持部７３へ設置、固定し、配線（４６、４７）、配管（４８、４９）を接続する。加えて、（２）ＸＹＺ移動動作や吐出動作タイミングなどをルーチン化した塗布プログラムを作成し、ロボットコントローラ７１に記憶させる。準備を終えたら、（３）塗布対象物７４をワークテーブル７５に載置し、固定する。そして、（４）記憶させた塗布プログラムを実行し、塗布を行う。ここで、続けて複数の塗布対象物７４に塗布を行う場合は、上記（３）および（４）を繰り返せばよい。また、所望とする塗布形態に応じて（２）の塗布プログラムを変更することで、簡単に作業内容の変更を行うことができる。
まず、準備として、（１）液滴形成装置１をＺ駆動機構６７の保持部７３へ設置、固定し、配線（４６、４７）、配管（４８、４９）を接続する。加えて、（２）ＸＹＺ移動動作や吐出動作タイミングなどをルーチン化した塗布プログラムを作成し、ロボットコントローラ７１に記憶させる。準備を終えたら、（３）塗布対象物７４をワークテーブル７５に載置し、固定する。そして、（４）記憶させた塗布プログラムを実行し、塗布を行う。ここで、続けて複数の塗布対象物７４に塗布を行う場合は、上記（３）および（４）を繰り返せばよい。また、所望とする塗布形態に応じて（２）の塗布プログラムを変更することで、簡単に作業内容の変更を行うことができる。
以上が、液滴形成装置１および塗布装置６３の基本的な操作の流れである。このように塗布装置を構成することで、正確な位置に所望の吐出を行うことができる。また、作業を自動化することも可能である。
実施例１に係る液滴形成装置１は、基本的に弁体（プランジャロッド）６を弁座３１に当接させて液滴を形成しているが、固体粒子を含有する液体材料（例えば、はんだペーストや蛍光体ペーストなど）においては、当接させることにより粒子を潰してしまい、材料の品質を損なったり、材料がノズルに詰まったりという問題が発生する場合がある。この問題を解決するため、弁体６を弁座３１に当接させず吐出を行うことが好ましい。そこで、図５に示す実施例２に係る液滴形成装置１では、弁体６を弁座３１に当接させずに吐出を行う構成とした。なお、図５では切換弁１６や貯留容器３９などを省略して描いている。
実施例２に係る液滴形成装置１においては、前述した第二駆動室５のコア部材２２のツバ状部２４とソレノイド２１の上面２５とを当接させることにより、弁体６を最進出位置で弁座３１に当接させないようにしている。図５において、（ａ）はコア部材２２の位置を調整する構成、（ｂ）はソレノイド２１の位置を調整する構成を描いている。（ａ）の構成では、コア部材２２を下方へ、ロッド先端３４と弁座の離間距離（符号ＣＬ）の分だけ移動して固定する。（ｂ）の構成では、ソレノイド２１を上方へ、ロッド先端３４と弁座の離間距離（符号ＣＬ）の分だけ移動して固定する。ロッド先端３４と弁座の離間距離は、用いる液体材料や一回で吐出する量などの条件に応じて適宜選択するものである。例えば、実験等を実施して予め求めておくとよい。ここで、前述のように、コア部材２２とソレノイド２１との間には僅かな隙間が存在するので、その分を加味して移動させることに注意する。ソレノイド２１またはコア部材２２の調整を行うための機構としては、回転する角度から移動した距離が分かるようなネジ機構や、予め厚さ寸法が分かっているスペーサーを挿入する機構などを用いると、定量的に調整を行うことができる。
電気・電子部品の製造工程のみならず、適正温度が決まっていて粘度を低下させるための温調を濫りに実施できない、例えば食品材料や医療・医薬、生物材料の吐出にも適用可能である。
１：液滴形成装置 ２：本体 ３：吐出部 ４：第一駆動室 ５：第二駆動室 ６：弁体（プランジャロッド） ７：ピストン ８：スプリング ９：バネ室 １０：圧縮空気 １１：空気室（加圧室） １２：ストローク調整ネジ １３：つまみ部 １４：調整ネジ先端 １５：圧縮空気源 １６：切換弁 １７：空気流入口 １８：レギュレータ １９：シール部材（ピストン） ２０：シール部材（空気室） ２１：ソレノイド ２２：コア部材 ２３：凹部 ２４：ツバ状部 ２５：ソレノイド上面 ２６：コア部材下面 ２７：凹部底面 ２８：貫通孔（ソレノイド） ２９：液室 ３０：貫通孔（液室） ３１：弁座（バルブシート） ３２：ノズル ３３：すり鉢状面 ３４：ロッド先端 ３５：連通孔 ３６：管状部材 ３７：液体材料 ３８：キャップ状部材 ３９：貯留容器 ４０：導入路 ４１：連通流路 ４２：延設部材 ４３：圧縮気体源 ４４：シール部材（液室） ４５：ディスペンスコントローラ ４６：信号線 ４７：信号線 ４８：気体配管 ４９：気体配管 ５０：ピストン上昇（図６） ５１：ピストン静止（図６） ５２：ピストン下降（図６） ５３：ピストン上昇（図７） ５４：ピストン静止（図７） ５５：ピストン下降（図７） ５６：ピストン上昇（図３） ５７：ピストン静止（図３） ５８：ピストン下降（図３） ５９：ピストン上昇始め（図３） ６０：ピストン下降始め（図３） ６１：ピストン下降終わり（図３） ６２：短縮した時間（図３） ６３：塗布装置 ６４：駆動機構 ６５：Ｘ駆動機構 ６６：Ｙ駆動機構 ６７：Ｚ駆動機構 ６８：Ｘ移動方向 ６９：Ｙ移動方向 ７０：Ｚ移動方向 ７１：ロボットコントローラ ７２：ケーブル ７３：保持部 ７４：塗布対象物 ７５：ワークテーブル ＣＬ：隙間
Claims (12)
- ノズルと連通し、液体材料が供給される液室と、先端部が液室内を進退動するプランジャロッドと、プランジャロッドに付勢力を与えるスプリングと、プランジャロッドを後退させるよう作用する加圧気体が供給される加圧室と、加圧室に加圧気体を供給する加圧源と、コントローラと、を備え、ノズルから液滴を飛翔吐出する液滴形成装置において、
プランジャロッドが最進出位置に近づいた際に、進出方向への吸引力を作用させる磁界発生機構を有することを特徴とする液滴形成装置。 - 前記磁界発生機構が、プランジャロッドに設けられた磁性部材と、磁性部材と対向して設けられたソレノイドとから構成され、
前記コントローラが、プランジャロッドの進出動作時に、ソレノイドに通電し磁界を発生させることを特徴とする請求項１の液滴形成装置。 - 前記コントローラが、プランジャロッドの進出動作開始時からプランジャロッドの進出動作停止時までを含む時間帯に、ソレノイドへの通電を行うことを特徴とする請求項２の液滴形成装置。
- 前記ソレノイドが、前記磁性部材が進入することによりガイドとして作用する凹部を有することを特徴とする請求項２または３の液滴形成装置。
- 前記磁性部材または前記ソレノイドの固定位置を調整する調整機構を備え、前記磁性部材と前記ソレノイドが当接することにより、前記プランジャロッドの最進出位置を規定することを特徴とする請求項２ないし４のいずれかの液滴形成装置。
- 前記加圧室に流入する加圧気体の流量および前記加圧室から流出する加圧気体の流量を制御する切換弁を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかの液滴形成装置。
- ノズルと連通し、液体材料が供給される液室と、先端部が液室内を進退動するプランジャロッドと、プランジャロッドに付勢力を与えるスプリングと、プランジャロッドを後退させるよう作用する加圧気体が供給される加圧室と、加圧室に加圧気体を供給する加圧源と、コントローラと、を備え、ノズルから液滴を飛翔吐出する液滴形成装置を用いた液滴形成方法において、
プランジャロッドが最進出位置に近づいた際に、進出方向への吸引力を作用させる磁界発生機構を設け、
加圧気体を加圧室に流入させることによりプランジャロッドを後退させ、液室に液体材料を流入させる充填工程、
加圧室内の加圧気体を開放することによりプランジャロッドを進出させると共に、磁界発生機構によりプランジャロッドに進出方向への吸引力を作用させ、液室内の液体材料を吐出する吐出工程、を有することを特徴とする液滴形成方法。 - 前記磁界発生機構が、プランジャロッドに設けられた磁性部材と、磁性部材と対向して設けられたソレノイドとから構成され、
前記吐出工程において、前記コントローラが、プランジャロッドの進出動作時に、ソレノイドに通電し磁界を発生させることを特徴とする請求項７の液滴形成方法。 - 前記コントローラが、プランジャロッドの進出動作開始時からプランジャロッドの進出動作停止時までを含む時間帯に、ソレノイドへの通電を行うことを特徴とする請求項８の液滴形成方法。
- 前記ソレノイドが、前記磁性部材が進入することによりガイドとして作用する凹部を有し、
前記吐出工程において、前記磁性部材が前記ソレノイドに進入しガイド作用を受けることを特徴とする請求項８または９の液滴形成方法。 - 前記磁性部材または前記ソレノイドの固定位置を調整する調整機構を設け、
前記吐出工程において、前記磁性部材と前記ソレノイドが当接することにより、前記プランジャロッドの最進出位置を規定することを特徴とする請求項８ないし１０のいずれかの液滴形成方法。 - 前記加圧室に流入する加圧気体の流量および前記加圧室から流出する加圧気体の流量を制御する切換弁を設け、
前記充填工程において、前記切換弁を加圧室に加圧気体を流入する第１の位置とし、
前記吐出工程において、前記切換弁を加圧室から加圧気体を流出する第２の位置とすることを特徴とする請求項７ないし１１のいずれかの液滴形成方法。
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